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带有柔性过渡层的Ni/Al尖晶石惰性阳极涂层研究

杨东雷  
【摘要】: 在铝电解业,惰性阳极具有环保的优势,显示出良好的应用前景。采用惰性阳极代替炭素活性阳极已成为对传统铝电解工艺改进的主流方向。本研究依据铝电解工艺对惰性阳极的基本要求,采用抗熔融冰晶石腐蚀能力强,导电性良好的NiAl2O4作为惰性阳极涂层的原料;采用泡沫镍作为涂层与不锈钢基体的过渡层,以释放制备和工作过程中由于热膨胀系数不匹配而产生的热应力。 本文对NiAl2O4尖晶石烧结工艺进行了研究,并制备了喷涂用NiAl2O4尖晶石陶瓷粉料;采用钎焊方法在金属板表面制备了泡沫镍柔性过渡层,以柔性过渡层为基体,采用离子喷涂工艺制备了NiAl2O4尖晶石涂层。借助SEM、XRD及EDS等分析手段表征了涂层的微观组织结构、物相组成以及界面结合状态,研究了涂层的热稳定性能、高温导电性能、抗热震性能及电解铝条件下的耐腐蚀性能,探讨了柔性连接层的作用机理、耐腐蚀机理及工程应用的可能性。 通过分析烧结温度等因素对合成尖晶石成分的影响,确定了NiO和Al2O3混合粉料比例及烧结制度,所制备的粉料适合用作等离子喷涂的原料;研究发现,等离子喷涂制备NiAl2O4尖晶石涂层后,复合氧化物中的微量Al2O3溶入尖晶石结构形成尖晶石固溶体,导致涂层表面的NiO含量增加;确定了在泡沫镍柔性过渡层表面制备NiAl2O4尖晶石的等离子喷涂工艺制度,涂层表面与截面有少许孔隙和微裂纹,涂层、过渡层与电极基体之间各层结构界面结合良好;镍铝尖晶石涂层在电解槽使用温度区间(室温到1050℃),在空气中不发生显著的物理化学变化,热稳定性能良好,同时具有优异的抗热震性能,表明柔性连接层起到了缓解热应力的作用;960℃条件下涂层材料的高温电导率为0.15s·cm-1,由于涂层很薄,涂层整体电阻值低,能够达到电极的应用要求;NiAl2O4尖晶石涂层具有较好的耐熔盐腐蚀性能,涂层腐蚀速率取决于涂层表面深入到内部的开口孔数量,降低涂层表面孔隙率,提高涂层致密度是增强涂层的耐熔盐腐蚀性能的有效手段。


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